Óriási innováció: fénnyel készül fenntartható üzemanyag szén-dioxidból
A technológia meglepően egyszerű elven nyugszik. Felfedezték, hogy ha rezed adnak egy fotokatalizátorhoz, megnégyszereződik a hatékonysága, és metán helyett metanol képződését eredményezi. Ami már remekül hasznosítható fenntartható üzemanyagként.
A tudósok sajátos megközelítése szerint a rézatomok segíthetnek a bolygót felmelegítő szén-dioxid fenntartható üzemanyaggá alakításában. Egy aktivált anyagra fényt vetve sikerült metanolt előállítaniuk, ami a fosszilis üzemanyagok egyik ismert alternatívája. Az eredmény azért óriási, mert a globális felmelegedést, ezáltal bolygónk elsivatagosodását gyorsító, szénalapú tüzelőanyagok mellékterméke visszaforgatható termékké változhat – megtámogatva például a világ számos pontján terjedő szén-dioxid-kivonó törekvésekkel. A megoldás nagyméretű alkalmazása a körkörös gazdaság részévé teheti emissziót.
A Queenslandi, Ulmi, Birminghami és a Nottinghami Egyetem kutatóinak közleménye alapján egyelőre nincs a kezükben végső megoldás. Ígéretes ugyanakkor maga az elv, hogy a fotokatalízis és az elektrokatalízis által felhasznált napfény és víz hasznos termékké alakíthatja a szén-dioxidot.
A folyamat hatékonyságát mindazonáltal növelni kell – ezt az ausztrál, brit és német tudósok úgy oldják meg, hogy a fotokatalízis során a napfényt egy félvezető anyagra sugározzák, így az elektronokat gerjeszt. Ezek az elektronok áthaladnak az anyagon, majd szén-dioxiddal és vízzel reakcióba lépve olyan termékeket hoznak létre, mint például a metanol. Számos anyagot használtak már ennek elérésére, de a kutatók most olyanokat keresnek, amelyek hatékonyan képesek a töltések továbbítására.
A kísérletek során felmelegítették a szén-nitridet, hogy maximalizálják a fotokatalízishez szükséges tulajdonságokat, majd ún. „magnetronporlasztással” rézatomokat helyeztek a folyamatba úgy, hogy azok szorosan kapcsolódjanak a félvezetőhöz. Kiemelkedő, hogy az egész folyamat során nem volt szükség oldószerre.
„A megközelítésünk nanoszinten irányítja az anyagot. A szén-nitrid egy új formáját fejlesztettük ki kristályos, nanoméretű tartományokkal, amelyek lehetővé teszik, egyrészt a hatékony kölcsönhatást a fénnyel, másrészt a megfelelő töltésleválasztást” – magyarázta Madasamy Thangamuthu, a Nottinghami Egyetem kutatója.
„Megmértük a fény által keltett áramot, és ezt használtuk kritériumként a katalizátor minőségének megítéléséhez. Kiderült, hogy a szén-nitrid új formája réz nélkül is 44-szer aktívabb, mint a hagyományos szén-nitrid” – fűzte hozzá Tara LeMercier, a Nottinghami Egyetem PhD-hallgatója, aki a tanulmányhoz szükséges laboratóriumi munkát végezte.
Mindössze egy milligramm réz hozzáadása egy gramm szén-nitridhez megnégyszerezte a fotokatalizátor hatékonyságát. A félvezető pedig, ahelyett, hogy szintén üvegházhatású metánt bocsátott volna ki, értékes üzemanyagot, metanolt kezdett termelni.
A találmány fontos lépés a szén-dioxid átalakítását segítő fotokatalitikus anyagok megértésében. Lehetővé teszi a szelektív, hangolható katalizátorok létrehozását, és ezek a katalizátorok aztán nanoméretű változtatásokkal növelhetők. Arra vonatkozóan szintén zajlanak kutatások (az Egyesült Királyság Metal Atoms on Surfaces and Interfaces for Sustainable Future, vagyis MASI program keretében), hogy a katalizátorok olyan bőségesen rendelkezésre álló anyagok felhasználásával készüljenek (ritka földfémek helyett), mint a szén és a nitrogén.
Gábor János
Főoldali kép: Nottinghami Egyetem
